1、配电自动化系统配电自动化系统1第二章：配电自动化的通信系统第二章：配电自动化的通信系统配电自动化的多种通信方式配电自动化的多种通信方式调制解调器和复接分接器调制解调器和复接分接器配电自动化对通信系统的要求配电自动化对通信系统的要求配电自动化采用的通信方式配电自动化采用的通信方式配电自动化通信系统的若干问题配电自动化通信系统的若干问题22.1 2.1 配电自动化的多种通信方式配电自动化的多种通信方式 通信系统的建设是配电自动化系统的关键之通信系统的建设是配电自动化系统的关键之一一，配电自动化系统需要借助于有效的通信手，配电自动化系统需要借助于有效的通信手段，将控制中心的控制命令准确地传到为数众多
2、段，将控制中心的控制命令准确地传到为数众多的的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的的的远方终端，并且将反映远方设备运行情况的数据信息收集到控制中心。随着通信技术的发展，数据信息收集到控制中心。随着通信技术的发展，目前可选用的通信手段很多，但是没有任何一种目前可选用的通信手段很多，但是没有任何一种单一的通信手段能够全面满足各种规模的配电网单一的通信手段能够全面满足各种规模的配电网自动化的通信要求，因此要采取多种通信方式混自动化的通信要求，因此要采取多种通信方式混合使用的手段。合使用的手段。3通信系统的一般模型通信系统的一般模型信源信源：由将要传递的消息转化成的相应的电信号，：由将要传递的消息转
3、化成的相应的电信号，这种电信号通常称为基带信号。这种电信号通常称为基带信号。发送设备发送设备：对基带信号进行处理和变换的设备，使：对基带信号进行处理和变换的设备，使基带信号处理后便于在信道中传播。基带信号处理后便于在信道中传播。信道信道：传输媒介，可以是有线或无线信道。：传输媒介，可以是有线或无线信道。接收设备接收设备：对接收的信号进行处理和变换以恢复出：对接收的信号进行处理和变换以恢复出相应的系带信号的设备。相应的系带信号的设备。收信者收信者：将基带信号转化成与发送端相应的消息。：将基带信号转化成与发送端相应的消息。4通信系统的分类传输的信号是否要调制传输的信号是否要调制：基带传输，调制：基
4、带传输，调制传输。传输。信道中传输信号的形式信道中传输信号的形式：模拟通信系统，：模拟通信系统，数字通信系统。数字通信系统。多路复用的方式多路复用的方式：频分复用，时分复用，：频分复用，时分复用，码分复用，波分复用，时间压缩复用。码分复用，波分复用，时间压缩复用。信号传输的方向信号传输的方向：单工通信系统，半双工：单工通信系统，半双工通信系统，全双工通信系统。通信系统，全双工通信系统。5 配电自动化系统的通信网络是配电自动化系统的通信网络是数据数据通信系统通信系统（通信网按通信的业务类型分：（通信网按通信的业务类型分：电话通信网，广播电视网，数据通信网，电话通信网，广播电视网，数据通信网，多媒
5、体通信网等），数据通信是以传输多媒体通信网等），数据通信是以传输和交换数据为业务的一种通信方式，是和交换数据为业务的一种通信方式，是为了实现计算机与计算机、计算机与与为了实现计算机与计算机、计算机与与终端之间的信息交换而产生的一种通信终端之间的信息交换而产生的一种通信技术。技术。6数据通信系统组成数据通信系统组成72.2 2.2 调制解调器和复接分接器调制解调器和复接分接器调制调制：是对基带信号进行处理，使其变为：是对基带信号进行处理，使其变为适合于信道传输形式的过程，既是将基适合于信道传输形式的过程，既是将基带信号的频谱搬移到某个载频频带。带信号的频谱搬移到某个载频频带。解调解调：把已调制的
6、信号还原成基带信号的：把已调制的信号还原成基带信号的过程，是调制过程，是调制 的逆过程。的逆过程。根据调制时使用载波的不同，各种调制方根据调制时使用载波的不同，各种调制方式可分为式可分为连续波调制连续波调制和和脉冲波调制脉冲波调制两类两类89调制解调器：调制解调器：在发送端，实现调制的功在发送端，实现调制的功能的设备叫调制器。在接收端，实现能的设备叫调制器。在接收端，实现解调的设备叫解调器，通常调制器和解调的设备叫解调器，通常调制器和解调器是制作在一起的，称为调制解解调器是制作在一起的，称为调制解调器。调器。10调制解调器的作用调制解调器的作用：1、将基带信号的频谱搬移到载频附近，以、将基带信
7、号的频谱搬移到载频附近，以适应信道频带的要求，便于发送和接收。适应信道频带的要求，便于发送和接收。2、实现信道的多路复用。、实现信道的多路复用。3、压缩信号带宽，以便于利用话带传输设、压缩信号带宽，以便于利用话带传输设备进行数据传输。备进行数据传输。11复接分接器复接分接器：在数字传输系统中，为了扩：在数字传输系统中，为了扩大传输容量和提高传输效率，常常讲若大传输容量和提高传输效率，常常讲若干个数字信号合并成一个数字信号，以干个数字信号合并成一个数字信号，以便在信道中传输，到达接收端后，在把便在信道中传输，到达接收端后，在把这个合成的信号分解还原成原来的信号，这个合成的信号分解还原成原来的信号
8、该技术称为数字复接分接技术该技术称为数字复接分接技术，实现该，实现该功能的设备称为复接分接器。功能的设备称为复接分接器。122.32.3配电自动化对通信方式的要求配电自动化对通信方式的要求 配电自动化对通信系统的要求取决于配电自动化的规模、复杂程度和预期达到的自动化水平总体要求：通信可靠性；建设费用；满足目前和将来数据传输速率的要求；双向通信的要求；通信不受停电的影响；易操作和维护；可扩充性。132.42.4配电自动化采用的通信方式配电自动化采用的通信方式一、电力线载波通信：一、电力线载波通信：载波通信：载波通信：安装在不同地方两台电话机用导线安装在不同地方两台电话机用导线直接连接，音频电流
9、通过传输线从发送端送往直接连接，音频电流通过传输线从发送端送往接收点就能实现最简单的音频通信，这种通信接收点就能实现最简单的音频通信，这种通信方式简单，但一对线路只能传送一路电话。为方式简单，但一对线路只能传送一路电话。为了提高通信线路的利用率，使得一对线路上同了提高通信线路的利用率，使得一对线路上同时进行多路通信就要采取载波通信的方式，使时进行多路通信就要采取载波通信的方式，使相同频率范围的各个话音信号进行频率变换，相同频率范围的各个话音信号进行频率变换，把他们搬移到各个不同的频率位置，再用一对把他们搬移到各个不同的频率位置，再用一对线路传输，由于各路信号的传输频率不同，在线路传输，由于各路
10、信号的传输频率不同，在同一线路上传输就互不干扰了。在接收端用滤同一线路上传输就互不干扰了。在接收端用滤波器把不同频率位置的信号区分出来再进行频波器把不同频率位置的信号区分出来再进行频率变换，还原出原始的各个语音信号。率变换，还原出原始的各个语音信号。14 载波通信是通过载波通信是通过频率搬移频率搬移实现多路通信的，频实现多路通信的，频率搬移实际上就是改变原始信号的频率。假设率搬移实际上就是改变原始信号的频率。假设 是低频语音信号，是低频语音信号，是一个高频信号，频率变换是一个高频信号，频率变换就是将信号频率就是将信号频率F从原来的位置经过非线性元件从原来的位置经过非线性元件的变频作用，通过一个
11、高频信号的变频作用，通过一个高频信号f，搬移到另外，搬移到另外的高频位置的高频位置f+F及及f-F处，高频信号处，高频信号 的作用类的作用类似一个运载工具因此称为载频，使用不同的载似一个运载工具因此称为载频，使用不同的载频可以把低频信号搬移到不同的频率位置上。频可以把低频信号搬移到不同的频率位置上。15电力线载波通信电力线载波通信：利用电力线路实现载波：利用电力线路实现载波通信。电力线路主要输送强大的通信。电力线路主要输送强大的50Hz的的电流，要在电力线上实现电话通信，就电流，要在电力线上实现电话通信，就要求电力线上能同时传输一路要求电力线上能同时传输一路3003400Hz的话音信号，电力线
12、上的话音信号，电力线上50Hz的的电流强大，其谐波对微弱的话音信号的电流强大，其谐波对微弱的话音信号的干扰严重，因此常把话音信号搬移到高干扰严重，因此常把话音信号搬移到高频频段成为高频信号，以避开频频段成为高频信号，以避开50Hz谐波谐波的干扰，然后在电力线上传输。的干扰，然后在电力线上传输。16电力线载波通信系统组成17二、脉动控制技术二、脉动控制技术：工作原理类似于配电：工作原理类似于配电线载波通信，它是将高频信号注入到电线载波通信，它是将高频信号注入到电力传输线上进行传输。力传输线上进行传输。高频电压脉动控制技术的特点高频电压脉动控制技术的特点：信号传送范围可以从高压配电线经变压器信号传
13、送范围可以从高压配电线经变压器至低压用户侧；至低压用户侧；信号传送特性受谐波和负载端装设的并联信号传送特性受谐波和负载端装设的并联电容器的影响，载波频率选择要恰当；电容器的影响，载波频率选择要恰当；调制方式与传送速度的关系为用移幅键控调制方式与传送速度的关系为用移幅键控方式应低于方式应低于10比特比特/秒，用移频键控是秒，用移频键控是为为50比特比特/秒左右。秒左右。18高频电压脉动控制系统的结构高频电压脉动控制系统的结构19三、工频控制技术三、工频控制技术：也是利用电力传输线作为信号传播途也是利用电力传输线作为信号传播途径，利用工频电压过零的时机进行信号径，利用工频电压过零的时机进行信号调制
14、在调制。在50Hz工频电压过零点附近的很工频电压过零点附近的很窄的区域内，根据需要，通过调制电路，窄的区域内，根据需要，通过调制电路，产生一个轻微的电压波形畸变，位于远产生一个轻微的电压波形畸变，位于远方控制点的检测设备能够检测出这个电方控制点的检测设备能够检测出这个电压波形畸变，并还原出所代表的信息。压波形畸变，并还原出所代表的信息。20工频控制技术的特点工频控制技术的特点：信号发生原理是在工频电压过零点附近用信号发生原理是在工频电压过零点附近用晶闸管控制电容放电或通过电感吸收电晶闸管控制电容放电或通过电感吸收电流产生脉冲波；流产生脉冲波；可以同时传送多个通道脉冲，来实现高的可以同时传送多
15、个通道脉冲，来实现高的传输速度；传输速度；传送可靠性受负载阻抗变化的影响；传送可靠性受负载阻抗变化的影响；停电时通信将中断。停电时通信将中断。21四、电话线：四、电话线：电话线通信方式被电力公司广电话线通信方式被电力公司广泛应用，是一种比较成熟的通信方式。泛应用，是一种比较成熟的通信方式。优点：优点：技术成熟；传输速度快；容易实现双技术成熟；传输速度快；容易实现双向通信；利用电话网的现有资源，投资少、向通信；利用电话网的现有资源，投资少、使用方便。使用方便。缺点：缺点：传输速率受限，一般在传输速率受限，一般在2400bit/s以以内；电话专线的租用费用高，并且电力公内；电话专线的租用费用高，并
16、且电力公司无法完全掌握电话线通信的维护以确保司无法完全掌握电话线通信的维护以确保其可靠运行；有些区域电话线未能覆盖，其可靠运行；有些区域电话线未能覆盖，为这些区域架设专线费用较高；传输差错为这些区域架设专线费用较高；传输差错率高；传输距离受限制；拨号电话的接通率高；传输距离受限制；拨号电话的接通时间长且有时接不通。时间长且有时接不通。22五、光纤通信：五、光纤通信：是以光波作为信息载体，以是以光波作为信息载体，以光导纤维作为传输介质的先进的通信手段。光导纤维作为传输介质的先进的通信手段。光纤通信的系统组成：光纤通信的系统组成：23消息：消息：要传送的信息。要传送的信息。电端机：电端机：电端机是
17、点发射机和电接收机的合成。点电端机是点发射机和电接收机的合成。点发射端机是把要传达消息转化为电信号，并把模发射端机是把要传达消息转化为电信号，并把模拟信号转换为数字信号，同时完成对信息的处理，拟信号转换为数字信号，同时完成对信息的处理，比如多路复用和复接分解等。电接收端机的作用比如多路复用和复接分解等。电接收端机的作用和电发射端机相反。和电发射端机相反。光端机：光端机：光传输是双向的光传输是双向的 常将光发送机和光接收常将光发送机和光接收机和在一起称为光端机。机和在一起称为光端机。光发送机光发送机的作用把电端机传输来的电信号转化为满的作用把电端机传输来的电信号转化为满足一定要求的光信号并输入到
18、光纤。足一定要求的光信号并输入到光纤。光接收机光接收机的作用是把光纤传来的光信号还原为电信的作用是把光纤传来的光信号还原为电信号并放大、再生恢复出原来的电信号。号并放大、再生恢复出原来的电信号。24光缆：光缆：光纤的基本结构是由纤芯和包层构成的同心光纤的基本结构是由纤芯和包层构成的同心圆柱体，目前使用的光纤大多为石英光纤。若干圆柱体，目前使用的光纤大多为石英光纤。若干根光纤按一定方式组合起来，外面再包上护套就根光纤按一定方式组合起来，外面再包上护套就形成了光缆。形成了光缆。中继器：中继器：光中继器的主要作用是补偿光能连的损失，光中继器的主要作用是补偿光能连的损失，回复信号脉冲形状，延长光信号的
19、传输距离。通回复信号脉冲形状，延长光信号的传输距离。通常采用对光信号进行间接放大的光常采用对光信号进行间接放大的光-电电-光的转换光的转换形式，即先将所收到的微弱光信号转换成电信号，形式，即先将所收到的微弱光信号转换成电信号，进行放大、整形和再生，恢复出原来的数字信号，进行放大、整形和再生，恢复出原来的数字信号，然后再对光源进行调制，变换为光信号再送入光然后再对光源进行调制，变换为光信号再送入光纤进行传输，以延长传输距离。纤进行传输，以延长传输距离。2526光纤通信的特点光纤通信的特点优点：优点：传输频带宽，通信容量大；传输衰传输频带宽，通信容量大；传输衰耗小，适合远距离传输；体积小，重量耗小
20、适合远距离传输；体积小，重量轻，可绕性强，敷设方便；电磁兼容性轻，可绕性强，敷设方便；电磁兼容性好，不怕电磁干扰；保密性好，无漏信好，不怕电磁干扰；保密性好，无漏信号和串音干扰；抗腐蚀，耐酸碱，可直号和串音干扰；抗腐蚀，耐酸碱，可直接埋于地下；资源丰富，节约有色金属。接埋于地下；资源丰富，节约有色金属。27缺点：缺点：光纤质地脆，抗拉强度低，强度不光纤质地脆，抗拉强度低，强度不如金属线；连接比较困难，要求有较好如金属线；连接比较困难，要求有较好的切断和连接技术；分路与耦合不方便；的切断和连接技术；分路与耦合不方便；弯曲半径不宜太小。弯曲半径不宜太小。28六、有线电视通信：六、有线电视通信：利
21、用由电缆构成的有利用由电缆构成的有线电视的传输系统为配电自动化提供通线电视的传输系统为配电自动化提供通信服务。信服务。特点：特点：有线电视网上已经考虑了匹配和放有线电视网上已经考虑了匹配和放大信号等处理措施；有线电视系统的带大信号等处理措施；有线电视系统的带宽很宽，配电自动化只利用其中很窄的宽很宽，配电自动化只利用其中很窄的一部分；一般有线电视系统都设计成满一部分；一般有线电视系统都设计成满足单项通信要求而不是双向的，并且电足单项通信要求而不是双向的，并且电网中的许多用户不使用有线电视系统；网中的许多用户不使用有线电视系统；电力公司无法控制有线电视网络的维护，电力公司无法控制有线电视网络的维护
22、要付出可观的租金。要付出可观的租金。29七、现场总线和七、现场总线和RS-485现场总线：现场总线：是智能现场设备和自动化系统是智能现场设备和自动化系统之间的数字化的、双向的、多节点的通之间的数字化的、双向的、多节点的通信网络。信网络。特点：特点：全数字化的双向数据传输；智能程全数字化的双向数据传输；智能程度高，可以完成差错控制和一些采集与度高，可以完成差错控制和一些采集与控制算法，可以具有一定的报文处理能控制算法，可以具有一定的报文处理能力；拓扑结构灵活，可以构成总线型、力；拓扑结构灵活，可以构成总线型、环形、星形等各种结构；开放式结构，环形、星形等各种结构；开放式结构，便于设备互联。便于
23、设备互联。30常用的现场总线：常用的现场总线：目前还没有统一的现场总目前还没有统一的现场总线标准，不同的现场总线企业、集团、和线标准，不同的现场总线企业、集团、和国家有不同的标准。目前比较流行现场总国家有不同的标准。目前比较流行现场总线有线有CANBUS、LON WORKS、PROFI BUS等，它们各有特点。等，它们各有特点。RS-485：是一种串行接口总线，其接口简单是一种串行接口总线，其接口简单且不含且不含CPU。最远传输距离为。最远传输距离为2.5km。最高。最高传输速率传输速率2.4Mbit/s。31八、无线通信系统：八、无线通信系统：是一种覆盖范围较广是一种覆盖范围较广的通信方式，
24、它不需要传输线，可以构的通信方式，它不需要传输线，可以构成双向通信系统，能够和停电区域通信。成双向通信系统，能够和停电区域通信。调幅广播（调幅广播（AM）：）：把控制信号以幅度调制把控制信号以幅度调制的形式调制到载波上，通过发射系统发的形式调制到载波上，通过发射系统发送出去。是一种单向通信系统。送出去。是一种单向通信系统。调频广播（调频广播（FM）：）：把控制信号以频率调制把控制信号以频率调制的形式调制到载波上，通过发射系统发的形式调制到载波上，通过发射系统发送出去。是一种单向通信系统。送出去。是一种单向通信系统。32无线寻呼网：无线寻呼网：是一种利用无线电信号单向传是一种利用无线电信号单向传
25、输信息的通信方式。输信息的通信方式。甚高频通信：甚高频通信：无线电波频率在无线电波频率在30300MHz的的无线通信系统称作甚高频通信。无线通信系统称作甚高频通信。特高频通信：特高频通信：无线电波频率在无线电波频率在3001000MHz的无线通信系统称作特高频通信。的无线通信系统称作特高频通信。微波通信：微波通信：无线电波频率在无线电波频率在1GHz以上的无线以上的无线通信称作微波通信。通信称作微波通信。33卫星通信：卫星通信：利用位于同步轨道上的通信卫利用位于同步轨道上的通信卫星作为中继站来转发或反射无线电信号，星作为中继站来转发或反射无线电信号，在地面站间进行通信的系统。在地面站间进行通信的系统。扩频技术：扩频技术：利用一种编码技术对将要传送利用一种编码技术对将要传送的信息进行调制，实现频谱扩展后在传的信息进行调制，实现频谱扩展后在传输，在接收端进行解调及相关处理，恢输，在接收端进行解调及相关处理，恢复成原始信息数据。复成原始信息数据。34混合通信系统：混合通信系统：为了较经济的满足配电自动化的要为了较经济的满足配电自动化的要求，通常根据配电网的具体情况，在不同层次上求，通常根据配电网的具体情况，在不同层次上采用不同的通信方式，从而构成混合通信系统。采用不同的通信方式，从而构成混合通信系统。35
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